DE3835428A1 - Verfahren zur erzeugung elektrischer energie und/oder heiz- und prozesswaerme - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung elektri­ scher Energie und/oder Heiz- und Prozeßwärme durch Nutzung der Verbrennungswärme von fossilen, vor der Verbrennung in einem indirekt beheizten Wirbelbetttrockner getrockneten Brennstoffen, insbesondere von Rohbraunkohle, wobei die an­ fallenden Rauchgase im Wärmetausch mit Arbeitsmittel und Verbrennungsluft auf ein Zwischentemperaturniveau abgekühlt, entstaubt, ggf. von weiteren Schadstoffen befreit und dann in die Atmosphäre abgegeben werden.

In Kraftwerken, in denen fossile Brennstoffe mit hohem Feuchtegehalt, beispielsweise Rohbraunkohle mit einem Was­ sergehalt von 50% und mehr, zum Einsatz kommen, muß ein er­ heblicher Teil, nämlich bis zu 25%, des eingesetzten Brenn­ stoffes für die Verdampfung des Wassers verwendet werden, welches dann als Wasserdampf zusammen mit dem Rauchgas das Kraftwerk verläßt. Verfahrensbedingt wird dabei die für die Verdampfung benötigte Wärme in nachteiliger Weise auf unnö­ tig hohem Temperaturniveau zur Verfügung gestellt.

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades derartiger Kraftwerke ist daher bereits vorgeschlagen worden, den einzusetzenden Brennstoff vor seiner Verbrennung in indirekt beheizten Wir­ belbetttrocknern zu trocknen unter Verwendung des bei der Trocknung anfallenden Brüdenstromes als Trägermedium für das Wirbelbett. Bei derartigen Verfahren sind Nachteile darin zu sehen, daß aufgrund der reinen Wasserdampfatmosphäre im Trockner, d. h. also des hohen Wasserdampfpartialdruckes, die für die Trocknung benötigte Wärme auf relativ hohem Tempera­ turniveau zur Verfügung gestellt werden muß. Hinzu kommt ein apparativer Aufwand mit verfahrenstypischen Anlagenteilen, wie Brüdenreinigung, Brüdenverdichter, Brüdenkondensator und Brüdenkondensataufbereitung, der auch bei enger Einbindung in einen Kraftwerksprozeß nicht wesentlich abzubauen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß ohne wesentliche Beeinträchtigung der Verfügbarkeit des Kraft­ werksprozesses die Vortrocknung des eingesetzten Brennstof­ fes mit möglichst geringem Energie- und Apparateaufwand durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Trägermedium für den Wirbelbetttrockner ein Rauchgasteil­ strom verwendet wird und daß das bei der Trocknung anfallen­ de Gemisch aus Rauchgas- und Wasserdampf zumindest teilweise ohne vorherige Entstaubung der Feuerung für die fossilen Brennstoffe zugeführt wird.

Der erfindungsgemäße Vorschlag ermöglicht ohne wesentlichen Aufwand die energetisch günstige Integration einer Trocknung des Brennstoffes in den vorhandenen Kraftwerksprozeß. Durch die Verwendung eines Rauchgasteilstromes als Trägermedium für das Wirbelbett des Trockners kann auf einfache Weise dessen ansonsten als Abwärme abzugebende Restwärme für den Trocknungsprozeß weiter genutzt werden. Darüber hinaus be­ wirkt die Vermischung der im Trockner anfallenden Brüden mit dem Rauchgas eine erhebliche Partialdruckabsenkung des Was­ serdampfes, so daß die Trocknungswärme auf einem relativ niedrigen Temperaturniveau zur Verfügung gestellt werden kann. Als Heizmedium kann ein Niedrigtemperaturdampf, wie z. B. abgearbeiteter Anzapfdampf aus dem Wasser-Dampf- Kreislauf des Kraftwerkes, verwendet werden. Zur Einstellung des jeweils optimalen Temperaturniveaus im Trockner kann der Druck des als Heizmedium verwendeten Dampfes geregelt wer­ den, beispielsweise durch Integration einer Gegendruckturbi­ ne in den Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerkes oder einer geregelten Entnahmekondensationsturbine.

Dadurch, daß zumindest ein Teil des im Trockner anfallenden Gemisches aus Rauchgas und Wasserdampf in die Feuerung fur die fossilen Brennstoffe rückgeführt wird, entfällt zum ei­ nen die sonst erforderlich Entstaubung dieses Gasstromes und zum anderen kann der Energieinhalt der mitgeführten Brenn­ stoffpartikel auf einfache Weise im Kraftwerksprozeß mitge­ nutzt werden.

Die in die Feuerung einleitbare Gasmenge aus dem Wirbelbett­ trockner hängt ab sowohl von der Art der verwendeten Feue­ rung als auch von dem jeweiligen Lastzustand des Kraftwerks­ prozesses. Dabei ist zu erwarten, daß bei Einsatz der übli­ chen Schmelzkammerstaub- oder Trockenstaubfeuerungen eine größere Gasmenge rückgeführt werden kann als bei Einsatz ei­ ner auf niedrigerem Brennkammertemperaturniveau betriebenen statischen oder zirkulierenden Wirbelbettfeuerung.

Der aus auslegungstechnischen Gründen nicht in die Feuerung rückgeführte Rest des im Trockner anfallenden Gemisches aus Rauchgas und Wasserdampf wird nach einem weiteren Merkmal entstaubt und direkt in den Hauptrauchgasstrom des Kraftwer­ kes vor Rauchgasableitung eingeleitet.

Die Verfügbarkeit des Kraftwerkes wird durch die vorge­ schlagene Art der Trocknung kaum beeinträchtigt, da die Hauptgaswege mit den üblichen Anlagenkomponenten nach wie vor in bekannter Weise zur Verfügung stehen und durch die vorgeschlagene Art der Trocknung des Brennstoffes nicht be­ einflußt werden.

Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf die Trocknung einer als Brennstoff für einen Kraftwerksprozeß vorgesehenen Braunkohle. Sie kann selbstverständlich auch auf andere fos­ sile Brennstoffe mit hohem Wassergehalt angewandt werden.

Weitere Erläuterungen sind dem in der Figur schematisch dar­ gestellten Ausführungsbeispiel zu entnehmen.

Gemäß dem in der Figur schematisch dargestellten Kraftwerks­ prozeß wird Rohbraunkohle mit einem Wassergehalt bis zu 50% und mehr über eine Leitung 1 zunächst einem Brecher oder ei­ ner Mühle 2 und dann über Leitung 3 einem Wirbelbetttrockner 4 zugeführt und in diesem bis zu einem Restwassergehalt un­ ter 20% getrocknet. Die getrocknete Braunkohle wird über eine Leitung 5 abgezogen, erforderlichenfalls in einer zwei­ ten Kohlemühle 6 auf das für die Feuerung erforderliche Kornband zerkleinert und dann über eine Leitung 7 in einen Kraftwerkskessel 8 eingespeist und in diesem verbrannt. Die benötigte Verbrennungsluft wird nach ihrer Vorwärmung im Wärmetausch mit heißen Rauchgasen in einem Wärmetauscher 9 über eine Leitung 10 in den Kessel eingeleitet. Die in Kes­ sel 8 anfallende Verbrennungswärme wird über Heizflächen 11 auf den Wasser-Dampf-Kreislauf des Kraftwerkes mit Turbinen­ stufen 12 und 13, einem Kondensator 15, einer Speisewasser­ pumpe 16 und einem Generator 17 übertragen.

Die den Kraftwerkskessel 8 verlassenden Rauchgase werden zu­ nächst im Wärmetauscher 9 auf eine Temperatur zwischen etwa 130 und 150°C abgekühlt und dann in einem Elektrofilter 18 mit einem Ascheaustrag 19 entstaubt.

Ein Teilstrom des entstaubten Rauchgases wird erfindungsge­ mäß mittels eines Gebläses 20 als Trägergas für das Wirbel­ bett dem Wirbelbetttrockner 4 zugeführt. Dabei wird die Rauchgasteilstrommenge ausschließlich nach dem Bedarf des Wirbeltrockners 4, z. B. mit dem Gebläse 20, geregelt bzw. eingestellt. Zweckmäßigerweise ist der Trockner so ausge­ legt, daß die auf dem niedrigsten Lastniveau des Kraftwerkes anfallende Rauchgasmenge noch für den Betrieb des Wirbel­ betttrockners ausreicht. Auf diese Weise kann der Wirbel­ betttrockner unabhängig von dem jeweiligen Lastbereich des Kraftwerkblockes gefahren werden.

Innerhalb des Wirbelbettes kühlt sich der Rauchgasteilstrom im direkten Wärmetausch mit der zu trocknenden Braunkohle auf die Bettemperatur von etwa 60°C ab und verläßt dann zu­ sammen mit den anfallenden Brüden den Trockner 4 über eine Leitung 21. Da das Gemisch aus Rauchgas und Brüden zwangs­ läufig brennbare Bestandteile aus dem Wirbelbett des Trock­ ners mitführt, wird ein Teilstrom über eine Leitung 28 un­ mittelbar der Feuerung des Kessels 8 zugeführt. Das Volumen dieses Teilstromes ist dabei abhängig von Vorgaben aus der Kesselauslegung und dem Kesselbetrieb. Der Reststrom des Ge­ misches aus Rauchgas und Bruden wird in einem Zyklon oder Brüdenfilter 29 entstaubt und dann in die Leitung 27 des Hauptrauchgasstromes eingespeist. In einem hier nur schema­ tisch dargestellten Anlagenteil 30 wird das Rauchgas von Schadstoffen, wie SO₂ und gegebenenfalls NO _x , befreit und dann über eine Leitung 31 hier nicht dargestellten Einrich­ tungen zur Ableitung in die Atmosphäre zugeführt.

Etwa 5-10% der Trocknungswärme wird dem Trockner 2 über den Rauchgasteilstrom zugeführt. Die restlichen 90-95% werden über ein Wärmetauschersystem 22 eingekoppelt. Hierzu wird der Turbinenstufe 12 über eine Leitung 23 bereits wei­ testgehend abgearbeiteter Anzapfdampf entnommen, im Wärme­ tauschersystem 22 kondensiert und über eine Leitung 24 er­ neut in den Dampf-Wasser-Kreislauf des Kraftwerkes einge­ speist. Die aus der Turbinenstufe 12 verbleibende Dampfmenge wird über eine Drosselklappe der zweiten Turbinenstufe 13 zugeleitet. Dabei kann über die Drosselklappe 14 der Druck des über Leitung 23 abgezogenen Dampfes geregelt werden.

Die Verwendung von Rauchgas als Trägermedium für das Wirbel­ bett bewirkt im Trockner eine Absenkung des Wasserdampfpar­ tialdruckes auf bis zu 0,5 bar. Diese Partialdruckabsenkung führt zu dem erheblichen Vorteil, daß bezogen auf den Was­ serdampf die Trocknung praktisch im "Vakuum" und somit bei besonders niedrigen Temperaturen durchgeführt wird, mit der Folge, daß der als Heizmedium eingesetzte Turbinenentnahme­ dampf nahe dem kalten Ende der Turbine mit relativ geringen Auswirkungen auf die Turbinenleistung entnommen werden kann.

Nach einer weiteren, in der Figur gestrichelt eingezeichne­ ten Variante des Verfahrens ist es auch ohne weiteres mög­ lich, über einen Zwischenwärmeträgerkreislauf Restwärme des Hauptrauchgasstromes dem Trocknungsprozeß zuzuführen. Hierzu wird der Rauchgasstrom in einem Wärmetauscher 25 gegen einen geeigneten Wärmeträger abgekühlt, der dann in einem weiteren in dem Wirbelbett des Trockners 4 angeordneten Wärmetauscher 26 die aufgenommene Wärme an das zu trocknende Gut wieder abgibt.

Claims (9)

1. Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie und/oder Heiz- und Prozeßwärme durch Nutzung der Verbrennungswärme von fossilen, vor der Verbrennung in einem indirekt be­ heizten Wirbelbetttrockner getrockneten Brennstoffen, insbesondere von Rohbraunkohle, wobei die anfallenden Rauchgase im Wärmetausch mit Arbeitsmitteln und Verbren­ nungsluft auf ein Zwischentemperaturniveau abgekühlt, entstaubt, ggf. von weiteren Schadstoffen befreit und dann in die Atmosphäre abgegeben werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß als Trägermedium für den Wirbelbetttrockner ein bereits entstaubter Rauchgasteilstrom verwendet wird und daß das bei der Trocknung anfallende Gemisch aus Rauchgas und Wasserdampf zumindest teilweise ohne vorhe­ rige Entstaubung der Feuerung für die fossilen Brennstof­ fe zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht in die Feuerung rückgeführte Teil des Gemisches aus Rauchgas und Wasserdampf entstaubt und in den Haupt­ rauchgasstrom eingeleitet wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der als Trägermedium verwendete Rauch­ gasteilstrom regel- oder einstellbar ist in Abhängigkeit von dem Bedarf des Wirbelbetttrockners.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die indirekte Beheizung des Wirbelbett­ trockners zumindest teilweise mittels Niedrigtemperatur­ dampf erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des für die indirekte Beheizung des Wirbelbett­ trockners verwendeten Dampfes regelbar ist.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die indirekte Beheizung des Wirbelbett­ trockners in einer Gegendruckturbine entspannter Dampf aus dem Kraftwerksprozess verwendet wird.

7. Verfahren nach den Ansprüchen 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß für die indirekte Beheizung des Wirbelbett­ trockners weitgehend entspannter Dampf aus einer Entnahme einer Kondensationsturbine oder einer Entnahmekondensa­ tionsturbine verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck an der Entnahmestelle durch ein Stell­ glied, z.B. eine Drosselklappe im Weg des verbleibenden Dampfstromes, geregelt oder eingestellt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß über einen Zwischenwärmeträgerkreislauf Wärme aus dem verbleibenden Hauptrauchgasstrom in den Wirbelbetttrockner eingekoppelt wird.